محور آني دوران مفصل‌هاي خمشي و تحليل سينماتيك سرعت ميكروهگزاپاد با استفاده از تيوري پيچ‌واره

Instantaneous Center of Rotation of Flexure Joints and Velocity Kinematic Analysis of Microhexapod Using Screw Theory

در اين مقاله، ربات ميكروهگزاپاد براي به‌كارگيري به‌عنوان ميكرومانيپوليتور معرفي مي‌شود. ابتدا به بررسي مكانيزم موازي هگزاپاد و تغييراتي كه نياز است در آن جهت افزايش دقت موقعيت‌دهي و حذف عواملي نظير لقي و اصطكاك در مفصل‌ها ايجاد شود، پرداخته مي‌شود. براي اين منظور پس از مقياس نمودن هگزاپاد، مفصل‌هاي كروي و يونيورسال با مفصل‌هاي خمشي نوع ميله‌اي در مكانيزم ميكروهگزاپاد جايگزين مي‌شود. سپس به بررسي درجات آزادي مفصل‌هاي خمشي ميله‌اي پرداخته شده وپس از آن محور آني دوران مفصل‌هاي خمشي به ازا هر پيچه‌ي محدود سكوي متحرك به‌دست مي‌آيد و نشان داده مي‌شود كه زنجيره‌ي سينماتيك هر پايه ميكروهگزاپاد را مي‌توان به‌صورت دو مفصل كروي و يك محرك خطي در نظر گرفت؛ البته با اين تفاوت نسبت به هگزاپاد كه محل محور آني دوران مفصل‌هاي خمشي آن با تغيير پيچه‌ي محدود سكوي متحرك مرتباً تغيير مي‌كند. سپس روابط حاكم بر سينماتيك سرعت ميكروهگزاپاد، با استفاده از تيوري پيچ‌واره استخراج شد. به‌علاوه توسط روابط تحليلي براي حركت خطي سكوي متحرك با سرعت ثابت و نيز شتاب ثابت و همچنين حركت با سرعت ثابت بر مسير دايره‌اي، سرعت محرك‌ها محاسبه شد. نتايج به‌دست آمده به‌وسيله‌ي تحليل المان محدود مورد صحت‌سنجي قرار گرفت و نشان داد كه تطابق بسيار خوبي بين آنها برقرار مي‌باشد.

In this article microhexapod robot is introduced as a micromanipulator. First, hexapod, which is a parallel mechanism is investigated,as well as modifications that are needed for the improvement of positioning accuracy and eliminating factors such as clearance and friction in the conventional joints. Doing this, spherical and universal joints are replaced with flexural beam type joints after scaling down the hexapod. Then the degrees of freedom of flexure joints are achieved and, after that, the instantaneous center of rotation of flexure joints is derived for every finite twist of moving platform and it is shown that the kinematic chain of each pod of microhexapod consists of two spherical joints and a prismatic actuator; but it differs from hexapod in such a way that the location of the instantaneous center changes with the change of the finite twist of moving platform. Thereafter the velocity kinematics of microhexapod is solved using screw theory. In addition, using the analytical formula, the velocity of actuators was calculated for some case studies; linear motion of moving platform with constant velocity, constant acceleration and also movement with constant velocity in a circular path. The results are verified with the finite element analysis and show good agreement.